飛思卡爾智能電池監(jiān)控保障汽車安全

每輛汽車中都至少有一個(gè)蓄電池，它通常有兩個(gè)功能：?jiǎn)?dòng)發(fā)動(dòng)機(jī);給車內(nèi)的電氣裝置供電，例如電動(dòng)車窗，車載收音機(jī)等。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)通過(guò)發(fā)電機(jī)把動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，然后給汽車電池充電來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。

為了滿足以上兩個(gè)功能，汽車的電池需要提供一個(gè)穩(wěn)定的12伏的直流電源。電池工作異常，是很多汽車電氣故障的主要原因，其中與發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)的問(wèn)題將可能引發(fā)一系列的安全隱患。汽車發(fā)展的主流趨勢(shì)就是車載電子設(shè)備和電子應(yīng)用越來(lái)越多，混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車逐漸流行，這都直接導(dǎo)致汽車電力負(fù)荷越來(lái)越高，不斷增加電池的壓力，要求對(duì)電池的工作情況盡可能多的實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，以分析可能出現(xiàn)的故障原因。另一個(gè)市場(chǎng)需求來(lái)自于氣候的變化，極端天氣的頻繁出現(xiàn)讓車載電池的故障率持續(xù)攀升，2012年底的歐洲和2013年底的美國(guó)，都因?yàn)闃O端氣候?qū)е碌碾姵毓收鲜鹿事蚀蠓噬?/p>

隨著全新的關(guān)鍵任務(wù)需求(如發(fā)動(dòng)機(jī)啟停功能)越來(lái)越常見，分析公司Strategy Analytics的報(bào)告指出，截至2020年，全球預(yù)計(jì)將有超過(guò)5200萬(wàn)輛汽車可支持啟停功能。啟停需求以及其他需求(如再生制動(dòng)和智能交流發(fā)電機(jī)控制)正促使傳感器對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行更加精確的傳感，以提供早期故障告警。智能電池管理系統(tǒng)(BMS)持續(xù)監(jiān)控電池性能，包括電池充電狀態(tài)，電池生命周期狀態(tài)和電池對(duì)各種應(yīng)用供電支持的狀態(tài)，監(jiān)控電池工作的性能可減少因電池虧電造成車輛拋錨的風(fēng)險(xiǎn)。這種系統(tǒng)基于智能電池傳感器(IBS)，可直接測(cè)量電池電流、電壓和溫度。測(cè)量數(shù)據(jù)傳送給電池監(jiān)控運(yùn)算程序(BatMon)。BatMon計(jì)算電池狀態(tài)并通知能量管理器電池所含能量、性能水平和使用壽命。這種信息反過(guò)來(lái)可用于支持啟動(dòng)-停車功能。當(dāng)檢測(cè)到電池接近臨界狀態(tài)時(shí)，立即提示駕駛者更換電池。

為了可以更好地支持面向汽車和工業(yè)應(yīng)用的傳統(tǒng)和新興電池化學(xué)品，飛思卡爾半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)首款面向普通市場(chǎng)的符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的智能電池傳感器已開始供貨。該傳感器在單一封裝內(nèi)集成了4路電壓檢測(cè)通道、5路溫度采集通道和1路電流采集通道、3個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、1個(gè)16位MCU和CAN協(xié)議模塊。MM9Z1J638電池傳感器測(cè)量了多項(xiàng)關(guān)鍵電池參數(shù)，以監(jiān)控電池的健康狀態(tài)(SOH)、電荷狀態(tài)(SOC)和功能狀態(tài)(SOF)，從而進(jìn)行早期故障預(yù)測(cè)。靈活的4通道電壓采集架構(gòu)可支持傳統(tǒng)12V鉛酸電池和其他新興的電池應(yīng)用，如14V堆疊鋰電池、高壓接線盒和24V卡車電池。

相比于其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的分立方案，MM9Z1J638電池傳感器集成了1個(gè)帶有128K閃存、8K RAM和4K EEPROM 的16位S12Z 微控制器，和1個(gè)CAN協(xié)議模塊、LIN接口和3個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路，該傳感器將模擬、處理器和通信功能集于一身，有助于降低物料成本并采用更加先進(jìn)的電池監(jiān)控算法。該模擬前端包括兩個(gè)16位ΣΔ模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，用于同步測(cè)量電池電壓和電流，另外還有第三個(gè)16位ΣΔ 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)用于溫度監(jiān)控，采用集成式傳感器和冗余測(cè)量真實(shí)性檢查以保證功能安全。全新飛思卡爾產(chǎn)品的輸入電池電壓測(cè)量功能可支持高達(dá)52V的電壓直接接入設(shè)備，并且當(dāng)與外部分壓電路配合使用時(shí)，可支持更高的電壓電池配置。其定期喚醒功能可使器件長(zhǎng)時(shí)間以低功耗模式運(yùn)行，從而降低系統(tǒng)平均功耗。MM9Z1J638完全符合AEC-Q100汽車標(biāo)準(zhǔn)，可滿足嚴(yán)苛的汽車業(yè)ESD、EMC標(biāo)準(zhǔn)并達(dá)到零缺陷質(zhì)量水平。

飛思卡爾開發(fā)的具有CAN/LIN接口的四節(jié)鋰電池智能管理單元解決方案，支持功能包括：4個(gè)電壓輸入通道(從1.3 V最高至50 V)電壓檢測(cè);4個(gè)外部溫度檢測(cè)和1個(gè)內(nèi)部溫度檢測(cè)通道;多達(dá)+/-2000 A電流檢測(cè)，外接100 μΩ分流器電阻;4個(gè)電池單體被動(dòng)均衡通道(基于MC33879);兩個(gè)低邊和兩個(gè)高邊開關(guān)控制(基于MC33879); 供電電壓范圍3.5 V至28 V;支持CAN (物理層MC33901)、LIN、SPI、UART 通訊接口。今年5月即將深圳舉行的飛思卡爾技術(shù)論壇將在現(xiàn)場(chǎng)演示基于該產(chǎn)品的相關(guān)解決方案，感興趣的用戶可以親臨現(xiàn)場(chǎng)的展位進(jìn)行觀摩。

大多數(shù)飛思卡爾模擬產(chǎn)品均可滿足工業(yè)市場(chǎng)的關(guān)鍵需求，如在更大的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的流程控制，并采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行了檢驗(yàn)，達(dá)到汽車市場(chǎng)嚴(yán)格的低缺陷率要求。MM9Z1J638電池傳感器已納入飛思卡爾產(chǎn)品長(zhǎng)期供貨計(jì)劃，該器件的供貨期最短為10年或15年。